CN104257377A - 适合于心律检测的超低功耗无电极电阻容积测量电路与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适合于心律检测的超低功耗无电极电阻容积测量电路与方法，它包括脉冲信号源P、积分电容C1、采样电容C2、运算放大器OPA1、带通滤波器、模拟开关SW1、模拟开关SW2、模拟开关SW3、模数转换器、MCU和两个皮肤接触端，模拟开关SW2与积分电容C1连接，积分电容C1的输出通过模拟开关SW3与采样电容C2连接，采样电容C2的输出与运算放大器OPA1的输入端连接，运算放大器OPA1的输出端与带通滤波器连接，带通滤波器的输出通过与MCU连接。本发明无需惰性贵金属电极，无需事先涂抹导电膏，人体出汗对测量没有影响，同时具有成本低、功耗极低的优点，适合于高性能智能可穿戴设备。

Description

适合于心律检测的超低功耗无电极电阻容积测量电路与方法

技术领域

本发明涉及一种适合于心律检测的超低功耗无电极电阻容积测量电路与方法。

背景技术

随着社会的进步和生活水平的提高，人们对于健康的需求也越来越高，传统的针对于有病看病的健康管理模式已经不能适应人们对健康的进一步需要，人们更希望能够得到环境优美、身心舒适，绿色无害、全面准确、经济便捷，并能防患于未然的新型检测手段。

在基于健康检测的可穿戴设备中，心律检测是很常见的需求。电阻容积法采集毛细血管网充血情况是心律检测的一种常见信号采集方法。传统的测量方法中，往往需要一个惰性金属电极接触皮肤进行测量，不适合可穿戴设备使用。而本发明无需惰性贵金属电极，无需事先涂抹导电膏，人体出汗对测量没有影响，同时具有成本低、功耗极低的优点，适合于可穿戴设备。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种无需惰性贵金属电极、无需事先涂抹导电膏、人体出汗对测量没有影响、成本低、适合于可穿戴设备的适合于心律检测的超低功耗无电极电阻容积测量电路与方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：适合于心律检测的超低功耗无电极电阻容积测量电路，它包括脉冲信号源P、积分电容C1、采样电容C2、运算放大器OPA1、带通滤波器、模拟开关SW1、模拟开关SW2、模拟开关SW3、模数转换器、MCU和两个皮肤接触端，其中一个皮肤接触端与脉冲信号源P连接，另一个皮肤接触端分别与模拟开关SW1和SW2的一端连接，模拟开关SW2的另一端与积分电容C1连接，积分电容C1的输出与模拟开关SW3的一端连接，模拟开关SW3的另一端与采样电容C2连接，采样电容C2的输出与运算放大器OPA1的同相输入端连接，运算放大器OPA1的输出端分别与运算放大器OPA1的反向输入端和带通滤波器的输入端连接，带通滤波器的输出端与模数转换器连接，模数转换器的输出端与MCU连接，模拟开关SW1的另一端、积分电容C1的另一端和采样电容C2的另一端对地连接。

适合于心律检测的超低功耗无电极电阻容积测量电路还包括一个逻辑电路，所述的逻辑电路与模拟开关SW1、SW2、SW3的控制信号输入端相连，用于控制模拟开关SW1、SW2、SW3的开闭。

所述带通滤波器主要由运算放大器OPA2、电阻R1、电阻R2、电容C3和电容C4组成，运算放大器OPA1的输出经电阻R1、电容C3耦合至运算放大器OPA2的反向输入端，电阻R2、电容C4并联构成负反馈回路。

所述的皮肤等效电路S由一个电容和一个电阻串联组成。

所述的运算放大器OPA1和运算放大器OPA2为低功耗运算放大器。

所述的模拟开关SW1、SW2和SW3为高速模拟开关。

如权利要求1所述的适合于心律检测的超低功耗无电极电阻容积测量电路用于心率检测测的方法，它包括以下子步骤：

S1：在检测前，高速模拟开关SW1和高速模拟开关SW2在时序控制下将积分电容C1进行放电；

S2：检测开始，两个皮肤接触端接触皮肤，脉冲信号源输出一个阶跃信号序列，在逻辑电路的控制下对高速模拟开关SW1和高速模拟开关SW2进行开关，积分电容C1累计电荷；

S3：在高速模拟开关SW3的控制下，将积分电容C1累积的电荷转移到采样电容C2上；

S4：采样电容C2的电压经过运算放大器OPA1缓冲后，送入运算放大器OPA2的带通滤波器网络中；

S5：再经过模数转换器进行量化，输入至微处理器MCU进行处理。

高速模拟开关SW2的开闭序列与脉冲信号源P输出的阶跃信号的序列相同，高速模拟开关SW1与SW2的开闭序列频率相同、相位相反、振幅相等而不重叠，高速模拟开关SW3始终闭合。

本发明的有益效果是：本发明对皮肤接触端形成的等效电路进行检测，脉冲信号源输出一个阶跃信号序列，在逻辑电路控制下，对SW1和SW2进行开关， C1积分电容器上累积电荷；在SW3控制下，把C1的电荷转移到C2采样电容上；采样电容的电压经过OPA1缓冲后送入OPA2的带通滤波器网络中，再经过数模转换器进行量化，进入算法处理。本发明无需惰性贵金属电极，无需事先涂抹导电膏，人体出汗对测量没有影响，同时具有成本低、功耗极低的优点，适合于高性能智能可穿戴设备。 

附图说明

图1为本发明电路结构图；

图2为本发明方法流程图；

图3为本发明脉冲信号源与开关的典型波形图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案：如图1所示，适合于心律检测的超低功耗无电极电阻容积测量电路，它包括脉冲信号源P、积分电容C1、采样电容C2、运算放大器OPA1、带通滤波器、模拟开关SW1、模拟开关SW2、模拟开关SW3、模数转换器、MCU和两个皮肤接触端，其中一个皮肤接触端与脉冲信号源P连接，另一个皮肤接触端分别与模拟开关SW1和SW2的一端连接，模拟开关SW2的另一端与积分电容C1连接，积分电容C1的输出与模拟开关SW3的一端连接，模拟开关SW3的另一端与采样电容C2连接，采样电容C2的输出与运算放大器OPA1的同相输入端连接，运算放大器OPA1的输出端分别与运算放大器OPA1的反向输入端和带通滤波器的输入端连接，带通滤波器的输出端与模数转换器连接，模数转换器的输出端与MCU连接，模拟开关SW1的另一端、积分电容C1的另一端和采样电容C2的另一端对地连接。

适合于心律检测的超低功耗无电极电阻容积测量电路还包括一个逻辑电路，所述的逻辑电路与模拟开关SW1、SW2、SW3的控制信号输入端相连，用于控制模拟开关SW1、SW2、SW3的开闭。

所述带通滤波器主要由运算放大器OPA2、电阻R1、电阻R2、电容C3和电容C4组成，运算放大器OPA1的输出经电阻R1、电容C3耦合至运算放大器OPA2的反向输入端，电阻R2、电容C4并联构成负反馈回路。

所述的皮肤等效电路S由一个电容和一个电阻串联组成。

所述的运算放大器OPA1和运算放大器OPA2为低功耗运算放大器。

所述的模拟开关SW1、SW2和SW3为高速模拟开关。

如图2所示，如权利要求1所述的适合于心律检测的超低功耗无电极电阻容积测量电路用于心率检测测的方法，其特征在于：它包括以下子步骤：

S1：在检测前，高速模拟开关SW1和高速模拟开关SW2在时序控制下将积分电容C1进行放电；

S2：检测开始，两个皮肤接触端接触皮肤，脉冲信号源输出一个阶跃信号序列，在逻辑电路的控制下对高速模拟开关SW1和高速模拟开关SW2进行开关，积分电容C1累计电荷；

S3：在高速模拟开关SW3的控制下，将积分电容C1累积的电荷转移到采样电容C2上；

S4：采样电容C2的电压经过运算放大器OPA1缓冲后，送入运算放大器OPA2的带通滤波器网络中；

S5：再经过模数转换器进行量化，输入至微处理器MCU进行处理。

脉冲信号源输出的阶跃信号序列，高速模拟开关SW1、高速模拟开关SW2和高速模拟开关SW3的开闭波形关系图如图3所示，高速模拟开关SW2的开闭序列与脉冲信号源P输出的阶跃信号的序列相同，高速模拟开关SW1与SW2的开闭序列频率相同、相位相反、振幅相等而不重叠，高速模拟开关SW3始终闭合。

Claims (7)

1.适合于心律检测的超低功耗无电极电阻容积测量电路，其特征在于：它包括脉冲信号源P、积分电容C1、采样电容C2、运算放大器OPA1、带通滤波器、模拟开关SW1、模拟开关SW2、模拟开关SW3、模数转换器、MCU和两个皮肤接触端，其中一个皮肤接触端与脉冲信号源P连接，另一个皮肤接触端分别与模拟开关SW1和SW2的一端连接，模拟开关SW2的另一端与积分电容C1连接，积分电容C1的输出与模拟开关SW3的一端连接，模拟开关SW3的另一端与采样电容C2连接，采样电容C2的输出与运算放大器OPA1的同相输入端连接，运算放大器OPA1的输出端分别与运算放大器OPA1的反向输入端和带通滤波器的输入端连接，带通滤波器的输出端与模数转换器连接，模数转换器的输出端与MCU连接，模拟开关SW1的另一端、积分电容C1的另一端和采样电容C2的另一端对地连接。

2.根据权利要求1所述的适合于心律检测的超低功耗无电极电阻容积测量电路，其特征在于：它还包括一个逻辑电路，所述的逻辑电路与模拟开关SW1、SW2、SW3的控制信号输入端相连，用于控制模拟开关SW1、SW2、SW3的开闭。

3.根据权利要求1所述的适合于心律检测的超低功耗无电极电阻容积测量电路，其特征在于：所述带通滤波器主要由运算放大器OPA2、电阻R1、电阻R2、电容C3和电容C4组成，运算放大器OPA1的输出经电阻R1、电容C3耦合至运算放大器OPA2的反向输入端，电阻R2、电容C4并联构成负反馈回路。

4.根据权利要求1所述的适合于心律检测的超低功耗无电极电阻容积测量电路，其特征在于：所述的皮肤等效电路S由一个电容和一个电阻串联组成。

5.根据权利要求1或3所述的适合于心律检测的超低功耗无电极电阻容积测量电路，其特征在于：所述的运算放大器OPA1和运算放大器OPA2为低功耗运算放大器。

6.根据权利要求1所述的适合于心律检测的超低功耗无电极电阻容积测量电路，其特征在于：所述的模拟开关SW1、SW2和SW3为高速模拟开关。

7.适合于心律检测的超低功耗无电极电阻容积测量方法，其特征在于：它包括以下子步骤：

S1：在检测前，高速模拟开关SW1和高速模拟开关SW2在时序控制下将积分电容C1进行放电；

S2：检测开始，两个皮肤接触端接触皮肤，脉冲信号源输出一个阶跃信号序列，在逻辑电路的控制下对高速模拟开关SW1和高速模拟开关SW2进行开关，积分电容C1累计电荷；

S3：在高速模拟开关SW3的控制下，将积分电容C1累积的电荷转移到采样电容C2上；

S4：采样电容C2的电压经过运算放大器OPA1缓冲后，送入运算放大器OPA2的带通滤波器网络中；

S5：再经过模数转换器进行量化，输入至微处理器MCU进行处理。